高層建筑沖孔灌注樁基礎設計

葉才華

摘 要:隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,我國城市建筑土地也越來越少。高層建筑的開發(fā)使用大大提高了城市土地使用率,同時也對建筑施工企業(yè)提出了更高的要求。高層建筑沖孔灌注樁是高層建筑中的重要組成部分,針對不同的地質情況進行合理有效的設計及施工是保障高層建筑質量的重點。文中就高層建筑沖孔灌注樁的設計與施工要點進行了簡要的論述。

關鍵詞:沖孔灌注樁;基礎;設計

近年來我國城市快速發(fā)展使得可用城市土地越來越少,而城市人口的不斷增加,使得原本不多的人均土地變得更少。為了緩解城市人口增加帶來的人均土地減少,市政部門一方面擴大城市面積,將原有近郊開發(fā),提高城市土地面積。另一方面積極進行老城區(qū)改造,通過高層建筑的建設將土地使用率提高。在進行高層建筑時沖孔灌注樁是高層建筑樁基工程中使用比較廣泛的一種樁型。高層建筑物,因其對地基和基礎的承載能力和變形(豎向下沉及水平位移)的要求較高,大直徑、深長或嵌巖灌注樁往往成為高層建筑地基處理的主選方案。

1 我國高層建筑沖孔灌注樁應用現(xiàn)狀分析

在高層建筑、舊城改造的樁基礎中,沖孔灌注樁以其低噪音、對周圍環(huán)境影響較小、無擠土效應等特點被廣泛應用。傳統(tǒng)的沖(鉆)孔灌注樁的施工工藝在成孔中,為避免塌孔必須采用泥漿護壁,但由于泥漿護壁所形成的泥皮影響了樁側摩阻力的發(fā)揮;同時由于施工工藝上的原因,孔底沉渣不易清除,也影響了樁端阻力的發(fā)揮。因此目前較為常用的方法是在沖孔灌注樁上采用后壓漿技術,其主要目的就是減輕或消除樁側泥漿護壁和孔底沉渣對單樁極限承載力的影響,提高單樁承載力。采用沖(鉆)孔灌注樁,可穿越所有土層,但成孔時要采用泥漿護壁會影響樁的承載力,樁底沉渣也不易清除,如果樁端要進入風化巖層則造價較高。如果將樁端持力層選擇在礫卵石層上,同時采用后壓漿技術,則可大大縮短樁的長度,通過注漿可消除或擠密樁側泥皮和樁底沉渣并提高礫卵石層的樁端承載力,從而較大幅度地提高單樁承載力,減少工程造價。

2 高層建筑沖孔灌注樁基礎設計

在進行高層建筑沖孔灌注樁的設計前,要根據(jù)當?shù)厥┕そ?jīng)驗和可選的基礎形式結合場地地質情況,并對工程要求進行設計。

2.1 高層建筑沖孔灌注樁基礎設計

在進行高層建筑沖孔灌注樁基礎設計時,要通過對工程所在地地質進行勘探,確定建筑物地質情況。然后確定樁基的選用,對于建筑物所受荷載大、變形控制嚴格以及工程擬建地地質較差的情況,要通過多種灌注樁的復合使用來達到建筑目的。通過分析和調查確認沖孔灌注樁位置與根數(shù),然后對其進行有效計算。首先對樁長進行確定,然后估算單樁極限承載力。通過標準公式Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp(d<800mm),(d≥800mm)計算樁的豎向極限承載力標準值。另外還要多注意對各分項系數(shù)進行考慮。隨著活載變異系數(shù)的增大,樁側阻、端阻和承臺底土反力分項系數(shù)均減少,恒載分項系數(shù)也相應減小,而活載分項系數(shù)則隨之增大。隨著承臺底土摩擦角或粘滯力的變異性增大,樁側阻、端阻、恒載效應、活載效應的分項系數(shù)均隨之減少,承臺底土反力分項系數(shù)相應增加。

在高層建筑沖孔灌注樁設計完成后為確保樁基質量萬無一失,需從總數(shù)樁中按1%的比例且不應小于3根(工程總樁數(shù)在50根以內時不應少于2根)抽選工程樁作為試驗樁,待試樁靜載檢測合格后方可全面施工樁基。

2.2 高層建筑沖孔灌注樁設計中關于質量控制的注意事項

高層建筑沖孔灌注樁質量控制的注意事項,首先要對造孔進行質量控制。造孔質量包括:孔位偏差、樁孔垂直度偏差、孔徑偏差及孔深與孔底沉渣厚度問題等。根據(jù)相關規(guī)范中的允許值對設計要求進行規(guī)定,在實際工程施工過程嚴格按照規(guī)定進行控制。對于沖孔灌注樁質量影響的另一個因素是清孔質量,在鉆孔達到設計深度后,在灌注混凝土之前,孔底沉渣厚度應符合下列規(guī)定:端承樁≤50mm;摩擦端承、端承摩擦樁≤100mm;摩擦樁≤300mm。為此,在清孔過程中應不間斷地置換泥漿,直至澆注水下混凝土,并保持孔底500mm以內的泥漿比重<1.25,含砂率≤8%,粘度≤28s。這些數(shù)據(jù)及要求在進行灌注樁設計的時候都要考慮進去,以此來確定孔深等數(shù)據(jù)。另外對于混凝土拌制質量在設計時也應考慮進去,由于灌注混凝土工藝的特殊性,其對混凝土的性質及拌制質量有如下一些特定要求:①混凝土的強度應比設計強度提高5MPa;②混凝土的坍落度宜為18~22cm,并有一定的流動保持率,坍落度降至15cm的時間不宜小于1h,擴散度宜為34~38cm;③混凝土的初凝時間應滿足整個灌注過程(從攪拌第1斗混凝土開始至灌完最后1斗混凝土并拔出導管為止),一般為3~4h,如運輸距離較遠,一般宜在混凝土中摻加緩凝劑。

2.3 關于高層建筑沖孔灌注樁灌注設計分析

由于高層建筑沖孔灌注樁是整個工程質量的關鍵,因此針對混凝土的灌注也應在事前進行優(yōu)良的設計,根據(jù)有關規(guī)定的相關要求,設計出適宜工程的混凝土混合比例、灌注量、混凝土攪拌時間等,根據(jù)不同的地質情況及工程情況進行合理的設計。設計良好的混合量,將灌注間歇時間控制在15min之內,最多不得超過30min,每根樁整個灌注過程應盡可能控制在4~6h以內完成,以保證混凝土的均勻性。這就要求在施工前將單根樁及所用混凝土進行計算,通過前期的設計規(guī)劃及施工前的計算做好混凝土的混合工作。而且混凝土滯留空氣的時間對于混凝土的強度有一定的影響,因此根據(jù)混凝土應在1.5h內灌注完畢,夏季應在1.0h內灌完的要求,要結合灌注樁的要求進行混凝土混合,否則應摻加緩凝劑。混凝土應灌注至設計樁頂標高以上規(guī)定的高度,以保證設計樁頂標高以下混凝土的質量。

3 高層建筑沖孔灌注樁試樁過程--設計效果的檢驗

一般在進行高層建筑沖孔灌注樁工程施工中,工程壓漿管多用鋼管制作,壓漿管固定焊于鋼筋籠上,上端止于距地表0.2-0.3m,以防移機或調換機具鉆桿等情況下被損壞,樁端壓漿管低于樁端50mm,并用特制的樁側壓漿閥和樁端壓漿閥與壓漿管相連。為防堵管,可以將把樁端壓漿管改為大口徑主樁端壓漿管和小口徑次樁端壓漿管,以防堵管影響壓漿質量。為保證注漿通道的通暢,檢查注漿管是否連通,并將泥渣及泥皮的細粒推至外圍,注漿前必須進行壓水試驗。同時記錄壓水試驗的穩(wěn)定壓力,其穩(wěn)定的注水壓力可作為注漿施工的初始注漿壓力。壓水壓力以壓通為準,個別不通暢的注漿管,壓水壓力采用10MPa,多次反復進行直到壓通,以保證注漿的順利進行,確保注漿質量。成樁1周后進行注漿,每根樁注漿時間為1-2小時。壓力注漿以壓水試驗的穩(wěn)定壓力1.5MPa為初始注漿壓力,以終壓漿壓力大于2.5MPa和注漿量為1000kg水泥量作為施工的控制指標。對個別樁注漿壓力低于2.5MPa,灌入量較大的樁,當?shù)孛嫖闯霈F(xiàn)冒漿時,可適當提高水泥的灌入量,一般控制在2000kg左右;對注漿壓力高于7MPa,可灌性差的樁,現(xiàn)場采用濃漿、慢速灌注及注注停停間歇注漿的辦法,其終止時間以注漿壓力控制,最大注漿壓力不高于10MPa,且水泥量不少于800kg。每根樁注漿完畢,立即將注漿管擰上堵頭,以防回漿,影響注漿效果。最終通過檢測來測試高層建筑沖孔灌注樁設計時候達到工程要求。

4 結論

高層建筑沖孔灌注樁是整個工程設計與施工的重點,其對于整個工程質量有著重要的影響。因此在進行高層建筑沖孔灌注樁的設計時,要充分考慮建筑擬建地的地質情況與建筑施工地區(qū)的氣候特點,將灌注中的各個環(huán)節(jié)充分考慮進去,以保障工程施工的質量。

參考文獻

[1]趙旭.高層建筑沖孔灌注樁設計綱要[J].建筑工程,2004,11.